湖北省兩系雜交稻制種的安全期分析

肖瑋鈺++劉志雄

摘要：選取湖北省公安縣、石首市和黃陂區3個主要制種基地為研究對象，利用1960-2015年逐日氣溫、降水氣象資料，計算在不同臨界溫度指標下育性轉換安全期保證率，確定保證率最高的育性轉換時期；通過計算水稻揚花授粉期易遭受的高溫熱害、低溫冷害和連陰雨災害的綜合危害指數確定水稻綜合危害指數最低的揚花授粉期；綜合考慮兩個關鍵時期的安全時段確定水稻制種最佳育性轉換安全期和揚花授粉安全期。結果表明，公安縣臨界溫度為23.0、23.5和24.0 ℃的育性轉換安全期最佳時段均在7月24至8月12日；石首市臨界溫度為23.0 ℃時，7月25日是雜交稻進入育性轉換期最佳時間，臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃時的雜交稻最佳育性轉換期應安排在7月24日至8月12日期間；黃陂區臨界溫度為23.0 ℃時，7月25日或27日進入育性轉換期均可，臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃時，雜交稻最佳育性轉換期為7月27日至8月15日。

關鍵詞：兩系雜交稻；制種；安全期

中圖分類號：S511；S162.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）13-2414-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.13.004

Analysis on the Safe Period of Seed Production of Two-line Hybrid Rice

XIAO Wei-yu， LIU Zhi-xiong

（Wuhan Regional Climate Center， Wuhan 430074，China）

Abstract： This paper selected three major seed production base in Hubei， including Gongan county， Shishou city and Huangpi district for the study. The safety period of fertility conversion in different critical temperature indicators was calculated and the highest reliability of fertility conversion period was determined based on daily air temperature and precipitation weather data from 1960 to 2015. The pollination period with the lowest comprehensive hazard index was determined by calculating comprehensive hazard index of those rice pollination period are vulnerable to the heat damage， low temperature disaster and continuous raining disaster. Considering two key periods of safety period of time， the rice seed fertility conversion safety period and the best pollination safety period were determined. The results showed that the best fertility conversion safety period was all from July 24th to August 12th in Gongan at the critical temperature of 23.0 ℃， 23.5 ℃ and 24.0 ℃. In Shishou， the best time for hybrid rice into the fertility transition was on July 25th at the critical temperature of 23.0 ℃， and should be arranged from July 24th to August 12 when the critical temperature was 23.5 ℃ and 24.0 ℃. In Huangpi district， the best time for hybrid rice into fertility transition was on July 25 or 27 at critical temperature of 23.0 ℃， and was from July 27 to August 15 at the critical temperature of 23.5 ℃ and 24.0 ℃.

Key words： two-line hybrid rice； seed production； safe period

兩系雜交水稻是中國繼三系雜交水稻試驗成功后的又一突破性成果。兩系法雜種優勢利用因不受恢保關系的限制，配組自由，更容易選配出高產優質的強優勢組合[1，2]。但由于兩系不育系是一種光溫敏型不育系，其受光溫條件的控制，易受到低溫、連陰雨、高溫熱害等氣象災害的影響，造成制種產量下降，還會導致種子純度、凈度不達標，發芽率降低等質量問題[3]。目前，中國學者針對水稻制種安全期的分析進行了一些研究，但相對較少。李兆芹等[4]利用氣溫觀測資料和NCEP/NCAR再分析資料，對泰國稻區代表地的育性氣候適應性和不同保證率下安全制種和繁殖的最早、最晚播種期進行了分析。刑開瑜等[5]通過分析江蘇省11個站點≤24 ℃的低溫風險概率和≥30 ℃的高溫風險概率確定兩優培九制種的育性轉換安全期和最佳播種期。周世懷等[6]利用廣東及海南27個氣象臺站氣象資料統計分析了育性轉換安全期和抽穗開花安全期指標，并在不同保證率下對制種安全期進行了氣候分析。

水稻是中國的主要糧食作物，而湖北省是中國水稻生產的大省之一，水稻種子產業是促進水稻生產發展的基礎和關鍵[7]，但對于水稻制種關鍵時期氣象條件分析和安全期的確定的相關研究卻鮮見報道。本研究選取湖北省公安縣、石首市和黃陂區3個主要制種基地為研究對象，對兩系水稻制種的育性轉換敏感期和揚花授粉期的氣象條件進行分析，計算在不同臨界溫度指標下育性轉換安全期保證率，確定保證率最高的育性轉換時期。通過計算水稻揚花授粉期易遭受的高溫熱害、低溫冷害和連陰雨災害的綜合危害指數，確定水稻最佳揚花授粉期。綜合考慮兩個關鍵時期的安全時段確定水稻制種最佳育性轉換安全期和揚花授粉安全期。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

本研究所用氣象資料為湖北省氣象局提供的公安縣、黃陂區、石首市氣象站1960-2015年逐日平均氣溫和降水量數據。

1.2 數據分析方法

1.2.1 育性安全期的統計方法 按不育臨界起點溫度指標≤23.0 ℃、≤23.5 ℃、≤24.0 ℃這3個等級分別計算公安縣、黃陂區、石首市育性安全期的超過臨界溫度值的保證率。計算公式[8]：

Pk=（1-Nk/N）×100% （1）

式中，Pk為≥k ℃的保證率（k 為臨界溫度）；N為資料的總年數；Nk為在N年中某日出現小于k ℃的年數。

1.2.2 揚花安全期的診斷評估方法 以不育系的盛花期歷時12 d作為一個時段步長進行逐日滑動統計分析，計算每個時段內水稻揚花授粉期的天氣綜合危害指數。計算公式[9]：

Hp=■■■Hijp （2）

式中，H為危害指數值；p為時段，p=1，2…，N，N為最大時段數，N=NN-12（單個時段長度）+1，NN為當地進行雜交制種時揚花授粉可能出現的最長天數，本研究取103 d（6月1日至9月11日）；Hp為第p個時段內天氣綜合危害指數值；i為年份，i=1，2，…，L；L為該站氣候資料的總年數；j為第j種氣象災害，j=1，2，…，M；M為氣象災害種類的總數，此處M=5；Hijp為第p個時段內第i年第j種氣象災害出現的強度。

Hijp的計算辦法是：當第p個時段內第i年第j種氣象災害指標出現的持續時間不足3 d時，該災害沒有發生，災害強度值Hijp=0；當持續時間剛好為3 d時，災害發生，記Hijp=1；當持續時間超過3 d時，每超過1 d則強度值加上1，Hijp的最大值=12（單個時段長度）-3（指標值長度3 d）+1=10；如該時段內災害多次發生，則先分別用上述辦法統計各自的強度值，然后累加求得Hijp值。

2 兩系雜交稻制種氣象條件分析

在兩系水稻制種過程中，可能會受到氣溫、降水、日照等氣象要素的影響，從氣候角度看，兩系雜交稻制種存在兩種風險，一是低溫轉育制種失敗風險，二是揚花授粉期遇到高溫熱害、連陰雨等天氣降低制種產量[10]。因此，兩系雜交稻在制種時從氣象角度主要考慮兩個關鍵生育期，一是不育系育性轉換安全期，二是親本的揚花授粉安全期。

2.1 不育系的育性轉換安全期氣象條件分析

試驗研究與制種實踐表明，低溫冷害是導致兩系制種光溫敏核不育系育性轉換的主要災害[11]，育性轉換敏感期在幼穗分化3期末至6期末，即抽穗前10～20 d的時段內。要求不育系育性轉換敏感期內無連續3 d以上日平均氣溫小于或等于24 ℃，或無連續3 d以上最低氣溫小于20 ℃，若期間出現了溫光要素值低于育性轉換臨界指標的天氣條件，不育系的雄性就會部分恢復或全部恢復回育，出現所謂“打擺子”現象，造成雜交稻種子純度下降，嚴重時導致雜交稻制種完全失敗[12，13]。

2.2 親本揚花授粉安全期氣象條件分析

揚花授粉期是水稻結實最為敏感的階段，此階段要求不出現以下3種天氣：①高溫。連續3 d及以上日平均氣溫≥30 ℃或者日最高氣溫≥35 ℃的天氣，就會產生高溫熱害；②低溫。連續3 d及以上日平均氣溫≤24 ℃或日最低氣溫≤20 ℃天氣，就會產生低溫冷害；③連陰雨。出現連續3 d以上日降水量≥0.1 mm的降水過程或者連續5 d以上陰雨（允許其中1 d陰天無雨，即當日日照小于2 h）。若制種期間遇到以上3種不利天氣將導致雜交水稻制種減產，嚴重時可能會造成絕收。

3 雜交稻制種氣候安全期分析

3.1 育性轉換安全期分析

雜交稻制種田的不育系育性敏感期一般為10～15 d， 一般是在抽穗前10～20 d這一段時間內，在22 d以上時較好，17 d為下限，否則難以滿足制種純度安全的正常需要[14，15]。本研究在進行氣象資料分析時育性安全期長度定為20 d，可以基本滿足生產安全要求。對各級不育起點溫度以下的出現頻率，生產上以30年一遇以下為宜，也即制種低溫危害率為3.4%，以歷史未遇為最佳[16]，也就是育性轉換期不育臨界起點的保證率在96.6%以上為宜。本研究將育性安全期的不育臨界起點溫度指標分為連續3 d日平均氣溫≤23.0 ℃、≤23.5 ℃、≤24.0 ℃ 3個等級，統計步長為20 d，對公安縣、黃陂區、石首市6-8月逐年逐日平均氣溫資料進行滑動統計，分別按公式（1）統計其超過某臨界溫度的保證率。

從不同臨界溫度指標下公安縣水稻制種育性安全期保證率時間變化情況來看，≥24.0 ℃保證率最低，≥23.5 ℃保證率其次，≥23.0 ℃保證率最高（圖1）。6-8月隨著時間變化，3種臨界指標下保證率均呈現先上升后下降的趨勢，其中≥24.0 ℃保證率在7月24日或者7月28日開始進入育性轉換敏感期最高，為96.4%，也就是7月24日至8月12日或者7月27日至8月15日期間發生低溫轉育的概率最低；同樣≥23.5 ℃保證率和≥23.0 ℃保證率也從7月24日進入育性轉換敏感期時達到最高，均為98.2%，≥23.5 ℃保證率在7月20-23日、25日、27日進入育性轉換敏感期保證率次高，為96.4%，≥23.0 ℃保證率在7月2-28日期間除6、9、10日外，其余各日均在96%以上，平均為96.4%。在臨界指標為23.0 ℃時，水稻育性轉換安全期時間最長。

從圖2可以看出，石首市≥24.0 ℃保證率和

≥23.5 ℃保證率均在7月24日進入水稻育性轉換敏感期時達到最高，均為98.2%，也就是發生概率最低為0.018，約50年一遇。≥24.0 ℃保證率在7月20-23日、25日進入育性轉換敏感期次高，為96.4%。而≥23.0 ℃保證率從7月11-25日均為100.0%，即1960-2015年56年間在7月11日至8月13日日平均氣溫從未出現過低于23.0 ℃的情況。

由圖3可知，黃陂區≥24.0 ℃保證率在7月11-24日期間進入水稻育性轉換敏感期最高，均為98.2%，在7月7-9日和25日進入育性轉換敏感期保證率次高，為96.4%；同樣在7月11-24日期間內進入水稻育性轉換敏感期，≥23.5 ℃保證率也最高，均為100.0%，即歷史未遇，在7月4-10日和7月25-31日期間進入育性轉換敏感期保證率也都在96.4%以上；而≥23.0 ℃保證率在7月4日至8月3日期間進入育性轉換敏感期均在96.4%以上，其中育性轉換敏感期從7月11-26日期間開始保證率最高為100.0%，日平均氣溫低于23.0 ℃的情況歷史未遇。

對比公安縣、石首市、黃陂區水稻制種育性轉換時段（表1）可以看出，公安縣、石首市、黃陂區≥23.0 ℃的保證率最高時段分別在7月24日至8月12日、7月11日至8月13日和7月11日至8月14日，其中石首市和黃陂區保證率在100.0%，時長分別為34和35 d。公安縣和石首市≥23.5 ℃的育性最佳安全時段都在7月24日至8月12日，保證率均為98.0%，黃陂區則在7月11日至8月12日這段期間最佳，歷史上沒有出現日均溫低于23.5 ℃的情況，3個地方中黃陂區最佳時段時長最長為35 d。同樣≥24.0 ℃育性最佳安全時段公安縣和石首市也在7月24日至8月12日期間，安全時段時長均為20 d，公安縣保證率略低，為96.4%，石首市為98.0%，低于24.0 ℃的發生頻率分別為25年一遇和50年一遇，而黃陂區是在7月11日至8月12日期間最佳，時長為33 d，低于24.0 ℃的發生頻率為50年一遇。

3.2 揚花授粉期安全期分析

從圖4可以看出，公安縣、石首市、黃陂區的高溫熱害危害指數均在7月中旬中期達到最高，也就是在此期間最易遭受高溫熱害，其中黃陂區從7月3日至8月25日高溫危害指數明顯高于公安縣和石首市，從地理位置上來看，這可能是由于黃陂區位于鄂東，7-8月處于副熱帶高壓脊線控制之下，高溫熱害發生天數較多，公安縣和石首市位于江漢平原西南部，高溫強度低于東部縣市。三地均在6月上旬和8月下旬高溫熱害危害指數較低。

由圖5可知，公安縣、石首市和黃陂區三地低溫冷害危害指數變化趨勢大致相同，在6月1日至8月15日期間較低，8月中旬后期之后低溫冷害危害指數顯著上升，公安縣、石首市和黃陂區最大低溫冷害危害指數分別為4.79、4.43和4.20。

從圖6可以看出，三地均是在7月中旬后期至7月20日連陰雨危害指數較低，6月上旬末三地遭受連陰雨危害的程度最大。

利用公式（2）分別計算1960-2015年公安縣、石首市、黃陂區雜交稻揚花授粉期遭受的氣象災害，即高溫熱害、低溫冷害和連陰雨災害的綜合危害指數，認為各地雜交稻揚花授粉期綜合危害指數在2.0以下為最佳，結果如圖7所示。從圖7可以看出，三地危害指數大致變化趨勢為隨著時間變化先增大后減小再增大的趨勢，并且都在8月下旬以后增大趨勢最為顯著，在8月30日達到最大，也就是若在8月下旬水稻開始進入揚花授粉期遭受氣象災害的危害最大，這是由于進入9月氣溫較8月有所降低，水稻遭受低溫冷害可能性加大，同時還可能遭受連陰雨危害。黃陂區危害指數第二個高峰出現在7月13日左右，在這一天進入花期，此后12 d內受到高溫和連陰雨危害的可能較大，公安縣和石首市危害指數第二個高峰分別出現在6月30日和7月3日左右。8月8日（公安縣）、8月14日（石首市）、8月16日（黃陂區）進入花期，水稻在揚花授粉期遭受氣象災害綜合危害指數最小，即公安縣、石首市和黃陂區揚花授粉期比較安全時段分別在8月8-19日、8月14-25日和8月16-27日。

4 主要制種地制種安全期分析

綜合考慮育性轉換敏感期不同臨界溫度指標保證率和揚花授粉期氣象災害綜合危害指數的分析，公安縣、石首市、黃陂區的兩系水稻制種安全期安排如下。

1）公安縣。臨界溫度為23.0、23.5和24.0 ℃的育性轉換安全期保證率最高時段均在7月24日至8月12日期間，若按照育性轉換期優先原則則揚花授粉期順延為8月13-24日，此期間危害指數為1.5較低，若按照揚花授粉期優先原則，進入最佳揚花期的8月8日往前推20 d，即為7月20日進入育性轉換期，23.0、23.5和24.0 ℃臨界溫度指標下保證率分別為96.2%、96.2%、94.6%，3種臨界溫度指標下育性轉換期保證率均未達到96.6%。因此，選擇第一種方案育性轉換安全期最佳時段為7月24日至8月12日，最佳揚花授粉期為8月13-24日。

2）石首市。臨界溫度為23.0 ℃在7月11 -25日期間進入育性轉換期保證率最高，為100.0%，按照育性轉換安全期優先考慮原則，揚花授粉期往后順延20 d，也就是7月31日至8月14日進入揚花授粉期，而剛好8月14日進入揚花授粉期綜合危害指數最小為1.41。因此，臨界溫度為23.0 ℃時，最佳育性轉換期應安排在7月25日至8月13日，揚花授粉期則是在8月14-25日。臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃均在7月24日至8月12日期間育性轉換期保證率最高，揚花授粉期則順延到8月13-24日，此期間危害指數為1.50，滿足制種安全需要。若按揚花授粉期優先原則，8月14日為進入揚花期的最佳日子，往前推20 d，即7月26日進入育性轉換敏感期，其保證率在94.6%，未達到96.6%最佳保證率要求。因此，臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃育性轉換安全期在7月24日至8月12日期間最佳，揚花授粉期為8月13-24日最適宜。

3）黃陂區。臨界溫度為23.0 ℃同石首市一樣也在7月11-25日期間進入育性轉換期保證率最高，為100.0%，即向后順延7月31日至8月14日進入揚花授粉期，此期間只有8月13日和14日綜合危害指數在2.0以下，分別為1.94和1.75。按育性轉換期優先原則，則應將育性轉換期安排在7月25日至8月13日，而揚花授粉期則在8月14-25日。綜合危害指數最小的揚花授粉期時段在8月16-27日，向前推20 d，即育性轉換期應在7月27日進入，此期間保證率為98.2%，同樣符合制種安全需要。按揚花授粉期優先原則，育性轉換期應安排在7月27日至8月15日，揚花授粉期則應安排在8月16-27日。

而臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃均是7月11-24日進入育性轉換期保證率最高時段，按育性轉換期優先考慮原則，即揚花授粉期順延為7月31日至8月12日，而此期間進入揚花授粉期綜合危害指數均在2.0以上，不符合制種安全需要。按揚花授粉期優先考慮原則，揚花授粉期綜合危害指數最低時段為8月16-27日，向前推20 d，則育性轉換期是在7月27日進入，此時的保證率為98.2%，大于96.6%，能滿足制種安全需要。 因此，育性轉換期最佳安全時段應為7月27日至8月15日，最佳揚花授粉期則在8月16-27日。

5 小結

公安縣臨界溫度為23.0、23.5和24.0 ℃的育性轉換期最佳安全時段應安排在7月24日至8月12日，最佳揚花授粉期為8月13-24日。

石首市臨界溫度為23.0 ℃時，最佳育性轉換期應安排在7月25日至8月13日，最佳揚花授粉期則是在8月14-25日。臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃時，育性轉換安全期在7月24日至8月12日期間最佳，揚花授粉期在8月13-24日期間最適宜。

黃陂區臨界溫度為23.0 ℃時，按育性轉換期優先原則，則應將育性轉換期安排在7月25日至8月13日，而揚花授粉期則在8月14-25日；按揚花授粉期優先原則，育性轉換期應安排在7月27日至8月15日，揚花授粉期則應安排在8月16-27日。臨界溫度為23.5 ℃和24.0 ℃時，育性轉換期最佳安全時段應為7月27日至8月15日，最佳揚花授粉期則在8月16-27日。

本研究針對公安縣、石首市、黃陂區的兩系雜交稻關鍵生育期進行了分析，為當地水稻制種提供了理論依據。但由于可能出現極端天氣現象，突破歷史記錄的情況發生，這些天氣出現的時間往往又是難以預測的。如果要減少制種的風險，確保制種的成功率，就必須從根本上解決問題，這樣才能能培育出更多耐低溫的品種。

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